Устройство предпускового прогрева привода землеройно- строительной машины

 

Использование: землеройная и строительная техника, эксплуатируемая при низких температурах. Сущность изобретения: устройство предпускового прогрева привода землеройно-строительной машины имеет двигатель с системой охлаждения, контур циркуляции жидкого теплоносителя, включающий теплоаккумулятор, теплообменный аппарат, связанный с выхлопной трубой двигателя, насос, а также теплообменника в гидробаке гидросистемы и в поддоне картера. Секции теплоаккумулятора могут поочередно подключаться к контуру циркуляции жидкого теплоносителя. На входе теплоаккумулятора установлен многопозиционный кран с отводами в каждую секцию. В напорной линии насоса установлен трехходовой распределитель, первый отвод которого присоединен к системе охлаждения через теплообменник, а второй - к теплообменному аппарату. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к приводам, и может быть использовано при создании землеройной и строительной техники, эксплуатируемой в условиях низких температур окружающего воздуха.

Для безотказной работы всех органов и систем землеройно-строительной машины необходим прежде всего эффективный предпусковой прогрев силовой установки и гидропривода. Такой прогрев связан со значительными расходами энергии, дефицит которой, особенно в условиях автономного функционирования землеройно-строительной техники в отдаленных районах Крайнего Севера на удаленных от баз объектах, где отсутствуют постоянные источники тепловой электрической энергии и теплые помещения очевиден. В то же время работающий двигатель сам является источником тепловой энергии, выбрасывая в атмосферу отработавшие газы, температура которых достигает нескольких сот градусов.

Известны устройства, аккумулирующие и использующие эту энергию для облегчения и запуска двигателя, в которых предлагается применять теплоаккумулятор на основе теплоаккумулирующего вещества с фазовым переходом (авт.св. СССР N 1002654, кл. F 02 N 17/04). Устройство для прогрева силовой установки транспортного средства содержит тепловой аккумулятор, выполненный в виде емкости, заполненной теплопоглощающим материалом, с фазовым переходом, с каналами для нагреваемого воздуха и для отработавших газов. Имеются также водо-воздушный и водо-масляный теплообменники, подключенные к системе циркуляции охлаждающей жидкости, кинематически связанный вентилятор и водяной циркуляционный насос с приводом и блок автоматического регулирования.

Использование промежуточного воздушного контура для передачи накопленного в теплоаккумуляторе тепла отработавших газов двигателя усложняет конструкцию устройства и снижает эффективность теплопередачи. Вес теплового аккумулятора во многом определяется характеристиками теплопоглощающего материала и составляет 1000-1500 кг. Использование вещества с фазовым переходом утяжеляет теплоаккумулятор, а размещение в нем каналов для пропуска теплоносителей делает его конструкцию ненадежной.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство с использованием теплоаккумулятора теплоемкостного типа [1] предназначенное для подогрева текучих сред в системах двигателя внутреннего сгорания, преимущественно тепловоза, снабженного источником сжатого воздуха. Оно содержит контур циркуляции текучей среды, включающий последовательно установленный аккумулятор тепла, по меньшей мере один теплообменный аппарат, соединенный с выпускной трубой двигателя, и прокачивающий насос с всасывающей и нагнетающей полостями и связанный с системами двигателя при помощи циркуляционного насоса и компенсационный бак. Компенсационный бак выполнен замкнутым, подключен к источнику сжатого воздуха и сообщен с всасывающей полостью прокачивающего насоса, а связь контура циркуляции с системами двигателя выполнена в виде соединения циркуляционного насоса с аккумуляторами тепла. В качестве источника сжатого воздуха тепловоза использована его тормозная магистраль.

Применение источника сжатого воздуха в вышеописанном устройстве повышает эффективность теплообмена, повышает тепловой потенциал теплоаккумулятора (при давлении Р 4,85 ата температура воды достигает t 150^oC), увеличивает время функционирования системы обогрева при отстое тепловоза, но требует введения таких дополнительных устройств, как компенсационный бак и дополнительный прокачивающий насос. Для внедрения устройства требуется источник сжатого воздуха, что делает его применение ограниченным, дополнительная энергия расходуется для периодического включения циркуляционного насоса. При прогреве системы охлаждения ее рабочая жидкость смешивается с нагретым теплоносителем во всем объеме теплоаккумулятора, понижая его температуру. В устройстве не предусмотрен прогрев других систем транспортного средства, нуждающихся в подогреве.

Цель изобретения создание простого и надежного устройства предпускового прогрева привода на основе аккумуляции тепла отработавших газов двигателя в аккумуляторе теплоемкостного типа за счет повышения эффективности теплоотдачи жидкого теплоносителя.

Цель достигается тем, что устройство предпускового прогрева привода землеройно-строительной машины с тепловым двигателем и контуром циркуляции жидкого теплоносителя, включающим последовательно установленные теплоаккумулятор, теплообменный аппарат, соединенный с выхлопной трубой двигателя, и насос, связанный с системой охлаждения двигателя, теплоаккумулятор имеет теплоизолированный корпус, состоящий из нескольких секций с возможностью их поочередного или одновременного включения в контур циркуляции жидкого теплоносителя при помощи установленного на входе в теплоаккумулятор многопозиционного крана, к которому подведены сливные линии теплообменного аппарата и системы охлаждения двигателя, и патрубка с отводами в каждую секцию теплоаккумулятора, соединенного с всасывающей линией насоса, в напорной линии которого установлен трехходовой распределитель, первый отвод которого присоединен к системе охлаждения двигателя через теплообменник, установленный в поддоне картера, а второй к теплообменному аппарату. Теплоаккумулятор может состоять из трех секций, тогда многопозиционный кран имеет вид четырехходового четырехпозиционного крана. Первый отвод трехходового распределителя может иметь ответвление к теплообменнику, размещенному в гидробаке гидросистемы землеройно-строительной машины, и двухходовой кран, а сливная линия теплообменника гидробака подведена к многопозиционному крану.

Реализация предлагаемого изобретения позволяет с помощью достаточно простого и экономичного устройства решить задачу предпускового прогрева привода землеройно-строительных машин, работающих в районах с низкими наружными температурами, зачастую в автономном режиме, вдали от стационарных баз.

При этом преимущество патентуемого устройства по сравнению с прототипом определяется следующим: наличие нескольких секций у теплоаккумулятора теплоемкостного типа позволяет при поочередной разрядке снять большее количество тепловой энергии, чем у односекционного, даже при повышении температуры теплоносителя за счет увеличения давления в последнем; конструкция предлагаемого устройства не требует дополнительной пневмосистемы; в устройстве используется один насос для зарядки теплоаккумулятора и для его разрядки при прогреве двигателя; теплообменник, установленный в поддоне картера, позволяет прогреть масло; прогревом рабочей жидкости в гидробаке гидросистемы машины, благодаря установленному в нем теплообменнику, подключаемому к контуру циркуляции жидкого теплоносителя.

На фиг.1 изображена схема устройства предпускового прогрева привода землеройно-строительной машины; на фиг.2 график разрядки трехсекционного теплоаккумулятора теплоемкостного типа.

На фиг. 1 представлена схема устройства предпускового прогрева привода землеройно-строительной машины, которое содержит дизельный двигатель 1 с системой 2 охлаждения и теплообменником 3, размещенным в поддоне картера. Выхлопная труба 4 дизельного двигателя оснащена теплообменным аппаратом 5. Теплоизолированный трехсекционный теплоаккумулятор 6 имеет выходной патрубок 7 со всасывающими отводами из каждой секции теплоаккумулятора. С патрубком всасывающей линии 8 соединен насос 9, работающий от электродвигателя 10. Его напорная линия 11 через трехходовой распределитель 12 линии 13 подключена к теплообменному аппарату 5, а линией 14 к теплообменнику 3 в картере двигателя и затем к системе 2 охлаждения. Сливные линии 15 и 16 системы 2 охлаждения двигателя и теплообменного аппарата 5 соответственно входной линией 17 присоединены к многопозиционному крану 18, установленному на входе в теплоаккумулятор 6. От крана 18 отведены отдельные патрубки к каждой из трех секций теплоаккумулятора. В линии 14 может быть установлен двухходовой кран 19, а перед ним ответвление в линию 20, ведущую к теплообменнику 21, установленному в гидробаке 22 гидросистемы землеройно-строительной машины. Линией 23 он соединяется с входной линией 17 теплоаккумулятора.

Система предпускового прогрева привода землеройно-строительной машины работает в следующих режимах: зарядка теплоаккумулятора, хранение тепла и предпусковой прогрев (разрядка). В период зарядки, когда землеройно-строительная машина работает и через выхлопную трубу 4 двигателя выделяется тепловая энергия, включается дополнительный насос 9 и через линии 13, 16 прокачивает теплоноситель (антифриз), который нагревается в теплообменном аппарате 5. Далее нагретый теплоноситель по линии 17 и через кран 18 (позиция а), поступает одновременно в три секции теплоаккумулятора 6, из которых закачивается дополнительным насосом 9 по линии 8. После завершения процесса нагрева антифриз сливается из аппарата 5 и наступает период хранения тепловой энергии в теплоаккумуляторе 6.

При разрядке теплоаккумулятора 6 в период предпускового прогрева пpивода кран 18 переключается в позицию b, распределитель 12 также переключается, соединяя линии 11 и 14. Включается насос 9, и теплоноситель циркулирует по следующему контуру: насос 9, распределитель 12, линия 14, теплообменник 3 картера, система 2 охлаждения двигателя, линии 15, 17, кран 18 в позиции b, левая секция теплоаккумулятора 6, всасывающий патрубок 7 и линия 8. При этом две оставшиеся секции теплоаккумулятора не разряжаются, в них остается горячий теплоноситель, так как в позиции b подводы к этим секциям перекрыты. Тепловая энергия теплоносителя передается двигателю. Он нагревается, а антифриз остывает. В первой секции идет глубокое охлаждение антифриза, например от 110 до 0^оС. Затем подключается вторая (средняя) секция теплоаккумулятора 6. Для этого переводят кран 18 в позицию с. Идет второй этап прогрева двигателя. Антифриз во второй секции охлаждается от 110 до 23^оС, нагревая до этой температуры двигатель. Далее при подключении третьей секции теплоаккумулятора (позиция d) антифриз охлаждается от 110 до 63^оС.

Таким образом при поочередном подключении к системе предпусковой тепловой подготовки каждой из секций теплоаккумулятора происходит во всех из них, кроме последней, более глубокое охлаждение антифриза, что в конечном счете приводит к съему с теплового аккумулятора большей энергии, чем в том случае, если бы он состоял из одной секции. На фиг.2 приведены графики температурных кривых для каждой из секций теплового аккумулятора и двигателя. Они наглядно иллюстрируют эффект от многосекционности теплоаккумулятора. В результате такого приема удается улучшить массогабаритные показатели относительно простого аккумулятора теплоемкостного типа, включенного в систему предпусковой тепловой подготовки привода машины, и приблизить их к массогабаритным показателям тепловых аккумуляторов аналогичного применения, работающих с использованием скрытой теплоты фазового перехода теплоаккумулирующего материала.

Эффективность от построения теплоемкостного аккумулятора в виде трехсекционной конструкции может быть иллюстрирована простыми аналитическими выкладками. С точностью до потерь величина тепловой энергии Э₁, снимаемой со всех трех секций аккумулятора, определяется соотношением Э₁= V₁·C_a(ΔT₁+ΔT₂+ΔT₃) (1) Энергия, снятая с односекционного теплового аккумулятора этого же назначения Э_о, описывается аналогично Э_о V_o˙ C_a ˙ΔT₃ (2) В выражениях (1) и (2): V₁ и V_o полезные объемы трех- и односекционного аккумуляторов соответственно; С_а удельная теплоемкость антифриза; ΔТ₁, ΔТ₂, ΔТ₃ температурные интервалы разрядки каждой из секций теплового аккумулятора.

При этом ΔТ₁ Т_о Т₁; Δ Т₂ Т_о Т₂; ΔТ₃ Т_о Т₃, где Т_о начальная температура антифриза; Т₁, Т₂, Т₃ конечные температуры антифриза на этапах разрядки каждой из секций теплового аккумулятора и с некоторым приближением соответствующая температура дизеля на соответствующих этапах его прогрева.

В сравниваемых условиях Э₁ Э_о, поэтому V_o= 1+ + V₁ (3)
В случае, указанном в тексте,
ΔТ₁ 110^оС, ΔТ₂ 87^оС; ΔТ₃ 47^оС
Из формулы (3) получают
V_o= (1+2,34+1,85)V₁= 1,73V₁
Это означает, что для прогрева одного и того же элемента привода требуется построить тепловой трехсекционный аккумулятор в 1,73 раза меньшего объема, чем в случае применения односекционного аккумулятора.

В приведенной на фиг.1 схеме показан также принцип прогрева гидравлического бака гидросистемы землеройно-строительной машины. После прогрева двигателя кран 19 закрывается и теплоноситель из теплоаккумулятора поступает в теплообменник 21 гидробака 22 и далее по линиям 23, 17 возвращается в теплоаккумулятор.

Предлагаемое устройство позволяет повысить коэффициент полезного действия системы за счет экономии вторичных энергоресурсов.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ПРЕДПУСКОВОГО ПРОГРЕВА ПРИВОДА ЗЕМЛЕРОЙНО-СТРОИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ с тепловым двигателем и контуром циркуляции жидкого теплоносителя, включающим последовательно установленные теплоаккумулятор, теплообменный аппарат, соединяющий с выхлопной трубой двигателя, и насос, связанный с системой охлаждения двигателя, отличающееся тем, что теплоаккумулятор имеет теплоизолированный корпус, состоящий из нескольких секций с возможностью их поочередного или одновременного включения в контур циркуляции жидкого теплоносителя при помощи установленного на входе в теплоаккумулятор многопозиционного крана, к которому подведены сливные линии теплообменного аппарата и системы охлаждения двигателя, и патрубка с отводами в каждую секцию теплоаккумулятора, соединенного с всасывающей линией насоса, в напорной линии которого установлен трехходовой распределитель, первый отвод которого присоединен к системе охлаждения двигателя через теплообменник, установленный в поддоне картера, а второй к теплообменному аппарату.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплоаккумулятор состоит из трех секций, а многопозиционный кран выполнен в виде четырехходового четырехпозиционного крана.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что первый отвод трехходового распределителя имеет ответвление к теплообменнику, размещенному в гидробаке гидросистемы землеройно-строительной машины, и двухходовой кран, а сливная линия теплообменника гидробака подведена к многопозиционному крану.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2